北斗全球组网星核心部件实现全国产化

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▲西昌卫星发射中心

1月12日7时18分，伴随着火光、雾气和轰鸣声，长征三号乙运载火箭搭载着北斗三号工程第三、四颗组网卫星，直冲云霄。这是北斗卫星导航系统在2018年的首次发射，也是中国科学院今年卫星发射的“开门红”。

中科院微小卫星创新研究院副院长、卫星总设计林宝军告诉记者，由于设计理念的创新，这两颗卫星上，有许多令人惊讶的技术和突破——不仅打破了航天界一颗卫星上新技术占比不超过30%的不成文规定，新技术占比超过70%，还实现了核心部件的全国产化。

用创新解决“卡脖子”的难题

时间和空间位置信息，都是未来重要的战略资源。一旦全球政治局势有变化，如果没有自己的位置信息系统为军队、老百姓提供精确导航，那就等于被人扼住咽喉，处处受制于人。

“创新不完全等于要争世界第一，而是真正解决‘卡脖子’的问题。”林宝军说，这一理念体现在了这两颗北斗卫星的方方面面。

这次一箭双星的发射，就得益于北斗新一代卫星的大幅“瘦身”。传统的卫星设计流程基本都采用分系统设计，热控、程序、遥控、供配电等十几个系统“各自为战”。“小卫星”北斗团队则创造性地将卫星全链条一体化打造。这使得整颗导航卫星从原先的2吨大幅“瘦身”，这让卫星可以带更多备份上天，使性能及可靠性大大提升。

▲卫星设计副总师沈学民

林宝军说，由于今年发射任务高度密集，这次团队尝试一箭双星的方式来发射北斗全球组网星。轻盈的卫星‘体重’使发射成本大大下降，为一箭双星、一箭多星提供了可能。

时间精度是导航卫星的关键指标，要达到世界一流的导航精度，用在卫星上的高精度原子钟就必须靠自己研制。

“卫星导航想要达到米级的定位精度，就得有十亿分之一秒的时间精度。”林宝军介绍，国际上的导航卫星多使用铷钟作为计时工具，而北斗三号卫星的主钟则使用了由中国科学院上海天文台研制及科工集团二院203所研制的氢钟。与铷钟相比，氢钟稳定度更高、漂移率更小，平均每一千万年只有一秒的误差。同时，卫星还使用了首创的“时频无缝切换技术”，只需20皮秒(一万亿分之一秒)　就能不通过地面操作，在氢钟和铷钟间实现切换。

实现“天基组网”，北斗导航卫星创造性地采用了星间链路技术，测控覆盖提高到100%。简单来说，就是卫星通过“天上的相互对话”，就能完成数据接收，很大程度上摆脱了对地面基站的依赖。“我们采用的星间链路性能高、抗干扰能力强，可同时容纳多条星间链路工作。”中科院微小卫星创新研究院卫星副总师沈学民表示，通过大量数据分析，北斗导航系统的信号质量一点都不逊色于 GPS 。

▲火箭发射现场

核心部件全国产自主可控

“核心部件自主可控，把大厦建在自己手里。”这是中科院微小卫星创新研究院卫星总指挥李国通的梦想，也是所有北斗人的梦想。

此次发射的北斗卫星，总共5万多个元器件，国产器件比例占到百分之九十以上 ，核心部件更是做到了全部国产化。“卫星使用了中科院计算所提供的龙芯 CPU ，以它为主建立的导航卫星电子学系统，标志着我国掌握了导航卫星的最核心技术。”林宝军介绍。

他说，“小卫星”团队始终坚持与国内各家科研院所和中科院各单位通力协作，不畏挫折，把国内最先进的技术在北斗卫星上展开试验。这两颗北斗三号组网卫星，微小卫星创新研究院联合了中国电子科技集团、航天科技集团等30余家单位，包括10余家科学院相关院所共同完成。只要国内各科研院有能让北斗可能变得更好的部件，团队都愿意一试。

“航天界有很多不成文的规矩，比如一般卫星上采用新技术的比例不会超过30%。但我们光脚的不怕穿鞋的，什么都拿来试一试。”他说，实现创新还需坚持严格的技术验证，为此研发团队聘请了十几位经验丰富的航天老专家作为顾问，同时在技术验证上采取了最严格的标准。

今年年底，18颗北斗三号组网卫星全部上天后，将标志着我国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的完成，我国航天产业的新格局将正式开启。

来源：《文汇报》（版权归原作者及刊载媒体所有）

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编辑/盛兆阳   审核/范芷睿   荐稿/党辉

指导：万剑华教授(微信号wjh18266613129)